浅谈石油钻具螺纹磁粉探伤检测的必要性

李敦 李文钰 柴建玲

摘要：石油钻具通常指石油开采工作中采用的专业工具，主要构件为物理学性能很强的无缝钢管，具有承受疲劳、磨损、交变荷载等优点。石油钻具由内、外螺纹和本体构成的，在井下作业中完全靠螺纹联接，螺纹是最直接的承力者，钻杆在起、下钻时受到拉、压、扭等复杂应力的作用，致使产生疲劳裂纹。在卡钻、墩钻、溜钻等更是受力复杂，施加的载荷更大，更容易产生裂纹及其它破坏性缺陷。钻具螺纹破坏性缺陷以横向和纵向居多。钻具螺纹破坏性缺陷给井队施工带来很大困难，轻者造成工期延误，重者造成经济损失及重大安全事故，所以螺纹探伤是必不可少的。完善的探测以防止漏检，对缺陷性质的准确判定，为井队提供保障奠定了基础。

关键词：石油钻具;螺纹;磁粉探伤;缺陷

石油钻具还包含钻杆、钻铤、方钻杆等特殊钻具。井下工作时石油钻具运动状态极为复杂，其螺纹部位极易因长期拉力和扭力作用出现裂纹，以致发生断裂事故。因此，需及时采用磁粉探伤技术检测钻具。磁粉探伤是一种无损检测方法，具有灵敏度高、操作方便等优点，能迅速有效的检测钻具螺纹部位裂纹，并显示出其缺陷，从而有效避免发生危险事故，优化钻具生产效率。本文以石油钻具螺纹检测为切入点，分析了石油钻具螺纹疲劳裂纹原因，探讨了石油钻具螺纹磁粉探伤的重要意义及缺陷，以避免发生井下事故，优化钻具生产效率。

1.石油钻具螺纹检测的必要性

1.1石油钻具螺纹检测的区分

石油钻具螺纹探伤常用探伤手段有：超声波探伤、磁粉探伤。螺纹超声波探伤可以发现与螺纹端面平行的缺陷，很难发现纵向缺陷。而螺纹磁粉探伤可以发现螺纹表面缺陷及近表面缺陷，是一种无损探伤技术。能够发现横向裂纹及纵向裂纹，但很难发现埋藏很深的缺陷。所以对于钻具螺纹探伤最好是二者兼用，但对于特殊材质的无磁钻具其探伤只限于超声波探伤了，对于有些小钻具其螺纹端面窄，超声波探伤不便，这样又只限于磁粉探伤了，不管用那种方法，其目的也只有一个，便于检测与探伤。

1.2石油钻具螺纹检测的具体措施

为保证石油钻具螺纹检测效果，螺纹检测通常有以下流程：检测前，清洁钻具，用角磨机打旧螺纹，将锈蚀、泥浆等去除，使螺纹表面恢复金属色。钻具磁粉探伤具体选用那种方法，对能否检出缺陷，具有决定性作用，能否采用剩磁法或连续法致关重要。对于目前，中国石油天然气行业关于钻具螺纹磁粉探伤的标准SY/5448-92。其主要包括：探伤人员的要求，磁悬液的要求，磁化方法，工件要求，标准试片，探伤方法（剩磁法、连续法）磁悬液的喷洒，磁痕观察等。对钻具螺纹磁粉探伤严格执行此标准对探伤结论是有利的。石油钻具材质通常为具有抗磁性的合金钢或低合金钢，随着钻具制造技术的发展，钻具制造中逐渐应用硅、锰等元素，但由于石油钻具长期在井下工作，不断重复由地底深处向上提升的运动，所以会出现磁化效应，并使钻具带有一定剩磁。此外，由于石油钻具长度不等，多为几米到十几米，所以磁化石油钻具时，界限通常为0.8T，检测超过0.8T的钻具部位，直接喷洒磁悬液;检测不超过0.8T的钻具部位，经直流线圈磁化局部，最佳磁化时间为3s。石油钻具磁化检测采用的磁悬液由10L煤油和8g荧光磁粉配置而成。这是细致、复杂的工作，为保证磁悬液质量，必须严格选择密度小、流动性好、磁导率高等的荧光磁粉，选择的煤油必须无毒、无臭味、闪光点高、粘度低。所以在钻具螺纹磁粉探伤中丰富的现场经验是检出钻具螺纹成品的关键。万不能马虎大意。

1.3石油钻具螺纹磁粉檢测的优缺点

磁粉检测的优点：1、可发现裂纹、折叠、疏松等缺陷，可直观显示缺陷的形状、大小和位置。2、具有很高的灵敏度，能够检测如发纹这样的细小缺陷。3、只要采用合适的磁化方法，几乎可以检测任何形状和大小的工件。4、相对于其它表面探伤方法成本低，速度快。磁粉检测的缺点：1、只适用于铁磁性材料的表面或近表面缺陷（一般<3mm）。2、检测灵敏度与磁化方向和缺陷方向有很大关系。3、工件表面的覆盖层、油漆、喷丸层会降低检测灵 敏度。4、检测后一般需要进行退磁。根据工件材质的不同，磁粉探伤最多只能探伤工件表皮至以下5mm左右处，再深就检测不了了。还有磁粉探伤针对的工件只能是铁磁性材质的工件，其他材质的就没有效果了。

2.石油钻具螺纹疲劳裂纹原因

石油钻具失效的主要形式是螺纹疲劳断裂。螺纹处是受力集中部位，疲劳裂纹常发生在外螺纹根部2～3扣处，所占比例为钻具螺纹断裂80%。石油钻具螺纹根部等受力集中部位常出现疲劳裂纹，也是易发生断裂的部位，而产生疲劳裂纹的原因有：石油钻具长期受各种力互相影响导致受力集中;工作人员未严格按照操作程序操作，以致石油钻具受力位置转移，加重螺纹部位承受力。一般情况下，石油钻具螺纹裂纹为锯齿状，长度约110m，其金属承受交变应力和断裂循环周次密切相关，裂纹深度与长度呈正比。通常来说，疲劳裂纹产生的主要原因是石油钻具长期受各种力的相互影响，使其受力较为集中，进而造成其主要受力部位出现裂纹，这是在石油钻具工作中无法避免的。除此之外，疲劳裂纹的出现还与相关的工作人员有关，在实际的工作中，一些工作人员操作不规范，就会使石油钻具

3.螺纹磁粉探伤的意义及缺陷

3.1意义

石油开采技术不断进步，现阶段采用的石油钻具大多从国内引进。但由于现在在柴达木工区所钻探的探井、开发井均为超深井，对钻具提出了更高的要求，部分企业往往在石油钻具各项规格不符合时才淘汰，但淘汰前需对还在使用的石油钻具进行荧光磁粉探伤，这不仅增加了石油钻具检测难度，也促进了石油钻具螺纹荧光磁粉探伤技术的改进。未应用石油钻具螺纹荧光磁粉探伤技术前，国内每年都有很多石油钻具螺纹在井下工作时发生断裂，不仅导致危险事故发生，还给国家造成了巨大的经济损失。应用石油钻具螺纹荧光磁粉探伤技术后，我国每年都对很多石油钻具进行探伤检测，有效避免了因钻具断裂导致的安全事故和经济损失。挽回了上百万的国家经济损失，确保了石油钻井安全生产。

3.2缺陷

通过观察发现，石油钻具螺纹探伤具有如下缺陷：第一，检验程序较为复杂。由于石油钻具螺纹磁粉探伤在检测时的步骤较多，就要求相关的工作人员应具有过硬的技术水平。例如，在检测中应用紫外线灯时，要求必须由专业的工作人员来进行操作，如果操作人员的技术水平较低，则很难达到操作的标准。而对于这一环节来说，如果稍有出错，便会对工作人员的身体健康造成极大的威胁;第二，磁粉探伤的检验装置比较大，造成钻井现场无法使用此方法进行检测。由于该检验装置的体积加大，其重量自然也会比较大，这就会过多的消耗工作人员的体力，从而对钻井的工作效率产生一定的影响;第三，该方法具有一定的局限性。由于这种检测方法是在钻井工作完成后进行的，因此会大大增加工作环节与石油开采的时间，造成了不必要的人力、物力的浪费。

4.结论与认识

总之，在钻井工作中，石油钻具是必不可少的专业工具，因此，探伤人员不但要了解钻杆材质，螺纹受力分析，螺纹结构等一般常识，而且要有熟练的探伤技术，不但能够采用合理的探伤方法，而且有能够综合的评定缺陷的性质及其缺陷的特征的能力。合理的探伤结论能够有利的给施工提供保障。所以，石油企业应加强养护石油钻具，尤其是螺纹，并通过不断改进荧光磁粉探伤技术，有效检测螺纹应力集中及易产生疲劳裂纹的部位，从而消除井下工作事故隐患，确保石油开采工作顺利进行，切实提高石油企业经济效益和社会效益。石油专用钻具螺纹是应力集中和极易产生疲劳裂纹的部位，因此必须重视其检验工作，特别是钻铤螺纹，必须进行100%荧光磁粉探伤，以消除事故隐患，减少经济损失。

参考文献：

[1]刘启文;石油钻具缺陷的磁记忆检测试验研究[J];科技资讯;2013年14期

[2]徐海波;樊建春;温东;王金凤;石油钻具缺陷的磁记忆检测试验研究[J];石油矿场机械;2007年11期